Дипломная работа на тему: Процесс получения электрической энергии из ядерной

Введение

Научно-технический прогресс немыслим без развития энергетики и электрификации производств. Основными потребителями электроэнергии являются электрические машины, мощность которых варьируется от единиц ватт до десятков мегаватт, причем рост планетарного населения, с одной стороны, и рост материальных потребностей - с другой, ведут к росту потребляемой электроэнергии с каждым годом.

Возобновляемые источники энергии биологического происхождения недостаточно калорийны и их широкое использование для удовлетворения существующих сегодня потребностей также может привести к экологическим проблемам. Кроме того, все методы получения энергии, связанные с сжиганием топлива, приводят к значительному расходу кислорода и выбросам углекислого газа, что грозит существенным изменением климата земли, связанного с парниковым эффектом". Для координации борьбы с этой опасностью был подписан так называемый Киотский протокол, который требует от промышленно развитых стран постепенного снижения выброса углекислого газа в атмосферу [5, с.18].

Что касается возможности использования энергии водоемов, то они также весьма ограничены и сопряжены с негативным влиянием на экологию. Практически не могут существенно снизить потребление органического топлива также ветро- и гелиоэнергетика. Поэтому в настоящее время все большее количество специалистов полагают, что после некоторого застоя в атомной энергетике, который наблюдался в течение последних 20 лет и был в значительной степени связал с деятельностью защитников окружающей среды, она снова становится наиболее перспективным направлением для развития энергосистем в ближайшем обозримом будущем.

При этом наряду с экономией органического топлива и отсутствием потребления кислорода на ведущее место становится отсутствие генерации углекислого газа при работе атомных электростанций (АЭС). Все это перевешивает опасения, связанные с использованием радиоактивных материалов, как топлива ядерных установок [7, с.82].

Традиционные источники энергии - нефть, газ, каменный уголь, дрова - со временем иссякнут. По некоторым оценкам это произойдет уже в ближайшие десятилетия. Проблема перехода от традиционных углеводородных источников энергии - дерева, угля, нефти, газа - становится все более актуальной с каждым годом. И дело не только в том, что традиционные источники истощаются хотя и этот аспект проблемы немаловажен.

Кроме перспективы истощения традиционных источников существует еще и проблема экологическая, поскольку сжигание углеводородного топлива приводит к вредным выбросам в атмосферу, ухудшая сферу обитания человека, создавая экологические проблемы.

Для производства электрической энергии применяются различные электростанции, базирующиеся на сжигании природных энергетических ресурсов.

Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) небесконечны. Ограничены запасы и ядерного топлива (урана и тория), из которого с помощью реакторов можно получать плутоний. Поэтому на сегодняшний день важно не только развивать добычу экономически выгодных источников энергии, но и рационально использовать имеющиеся природные ресурсы для производства электроэнергии без существенного ущерба окружающей среде. Отсюда широчайший комплекс проблем технико-экономического и социального характера в области энергетики [6, с.90].

Цель данной работы - провести анализ процесса преобразования ядерной энергии в электрическую. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Охарактеризовать ядерных процессов для получения электроэнергии.

2. Описать источники получения атомной энергии.

3. Охарактеризовать основные элементы АЭС.

4. Описать типы атомных электростанций для получения электроэнергии.

5. Рассмотреть перспективы развития атомной элеткроэнергетики.

Оглавление

- Введение 3

- Общая характеристика ядерных процессов для получения электроэнергии

- Значение энергетических ресурсов в народном хозяйстве и тенденции их получения

- Общие сведения об ядерных реакциях

- Общие сведения об источниках получения атомной энергии

- Процесс получения электрической энергии из ядерной

- Характеристика основных элементов АЭС

- Типы атомных электростанций

- Перспективы развития атомной энергетики

- Заключение 32

- Список литературы 34

Заключение

Для выработки электроэнергии на атомных электростанциях, в судовых энергетических установках, атомных теплоэлектроцентралях, а также на атомных станциях теплоснабжения используются ядерные энергетические реакторы.

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.

Ядерный реактор является основным элементом, преобразующей тепловую ядерную энергию в электрическую. Преобразование энергии происходит по следующей схеме: внутренняя энергия ядер урана, кинетическая энергия нейтронов и осколков ядер, внутренняя энергия воды, внутренняя энергия пара, кинетическая энергия пара, кинетическая энергия ротора турбины и ротора генератора, электрическая энергия.

Основными элементами ядерного реактора являются:

- ядерное горючее(уран 235, уран 238, плутоний 239);

- замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит и др.);

- теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.);

- Регулирующие стержни (бор, кадмий) - сильно поглощающие нейтроны

- Защитная оболочка, задерживающая излучения (бетон с железным наполнителем).

Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор. При выдвинутых из активной зоны реактора стержнях К > 1, а при полностью вдвинутых - К < 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Наиболее эффективное деление ядер урана-235 происходит под действием медленных нейтронов. Такие реакторы называются реакторами на медленных нейтронах.

Вторичные нейтроны, образующиеся в результате реакции деления, являются быстрыми. Для того чтобы их последующее взаимодействие с ядрами урана-235 в цепной реакции было наиболее эффективно, их замедляют, вводя в активную зону замедлитель - вещество, уменьшающее кинетическую энергию нейтронов.

Реакторы на быстрых нейтронах не могут работать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей не менее 15% изотопа урана.

Ядерные реакторы в зависимости от взаимного размещения горючего и замедлителя подразделяются на гомогенные и гетерогенные. В гомогенном реакторе активная зона представляет собой однородную массу топлива, замедлителя и теплоносителя в виде раствора, смеси или расплава. Гетерогенным называется реактор, в котором топливо в виде блоков или тепловыделяющих сборок размещено в замедлителе, образуя в нем правильную геометрическую решетку.

Список литературы

1. Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-ФЗ (ред. от 27.12.2019) "Об электроэнергетике" // Официальный интернет-портал правовой информации http://www.pravo.gov.ru. - Текст : непосредственный.

2. Распоряжение Правительства РФ от 09.06.2020 N 1523-р Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года // http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_354840/ Правовая система "Консультант Плюс"

3. Байбаков, В.Д. Нестационарные процессы в ядерных реакторах [Текст] : лабораторный практикум по курсу "Физика ядерных реакторов" для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Ядерная энергетика и теплофизика" / В. Д. Байбаков, Б. А. Ионов ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Национальный исследовательский университет "МЭИ". - Москва : Издательство МЭИ, 2018. - 30 с

4. Исследовательский ядерный реактор ИРТ МИФИ [Текст] : учебное пособие для студентов высших учебных заведений / под ред. В. П. Алферова ; М-во образования и науки Российской Федерации, Нац. исследовательский ядерный ун-т "МИФИ". - Москва : НИЯУ МИФИ, 2012. - 132 с.

5. Коробейников, В.В. Введение в нейтронно-физический расчет ядерных реакторов [Текст] : учебное пособие по курсу "Нейтронно-физический расчет ядерных реакторов" / В. В. Коробейников, Д. А. Клинов ; М-во образования и науки РФ, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Нац. исслед. ядерный ин-т "МИФИ", Обнинский ин-т атомной энергетики, Фак. повышения квалификации и профессиональной переподготовки. - Обнинск : ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2011. - 187, [2] с.

6. Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. - Москва : Энергоатомиздат, 2015. - 218 с. - Текст : непосредственный.

7. Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. - Москва : Энергоатомиздат, 2014. - 218 с. - Текст : непосредственный.

8. Судаков, Александр Вениаминович.

Техника и методы физических измерений. Ядерные реакторы АЭС [Текст] : учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров "Техническая физика" / А. В. Судаков ; М-во образования и науки Российской Федерации, Санкт-Петербургский гос. политехнический ун-т. - Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического ун-та, 2010. - 194 с. :

9. Увакин, М.А. Физическая теория ядерных реакторов [Текст] : лабораторный практикум : учебное пособие для студентов высших учебных заведений / М. А. Увакин, В. И. Савандер ; М-во образования и науки Российской Федерации, Нац. исслед. ядерный ун-т "МИФИ". - Москва : МИФИ, 2013 (Электросталь (Моск. обл.) : Курчатовский (ООО)). - 55 с.

10. Украинцев, В.Ф. Эффекты реактивности в энергетических ядерных реакторах [Текст] : учебное пособие для слушателей ФПК / В. Ф. Украинцев ; М-во образования и науки РФ, Федеральное гос. авт. образовательное учреждение высш. проф. образования "Нац. исслед. ядерный ун-т "МИФИ" Обнинский ин-т атомной энергетики, Фак. повышения квалификации и проф. переподгот. специалистов. - Обнинск : ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2014. - 55, [1] с.

11. Физика ядерных реакторов: потенциал гибридных наработчиков топлива : учебное пособие для вузов / А. Н. Шмелёв [и др.] ; НИЯУ МИФИ Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ". - 2-е изд. - Москва : Юрайт, 2019. - 116 с.

12. Физические основы безопасности ядерных реакторов [Текст] : учебное пособие для вузов / В. И. Наумов ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ". - Изд. 2-е, испр. и доп. - Москва : НИЯУ МИФИ, 2013. - 148 с

13. Ядерные энергетические установки на быстрых нейтронах [Текст] : учебное пособие по курсу "Теплогидравлический расчет ядерных реакторов" / А. В. Жуков [и др.] ; М-во образования и науки РФ, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Нац. исследовательский ядерный ун-т "МИФИ", Обнинский ин-т атомной энергетики, Физико-энергетический фак. - Обнинск : ИАТЭ, 2012. - 202, [2] с.